1
論 文】 UOC ；624．
014．
2 ；624．
042．
7 ：620．
1 日本建 築 学 会 構 造 系 論 文報告 集 第 389 号・
昭和 63 年7 月地
震 力
を
受
け
る
単
一
山形鋼筋
か
い
の
高
速
引張実験
地震
時
の衝撃的
過
荷重
に よる鋼筋
か い の破断
に関
する実験的
研
究
その1
正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員本
波
込木
々
藤
難
中
佐
盛恒
忠久
＊夫
＊ ＊男
＊＊ ＊聡
＊＊ ＊ ＊1．
序 我が国の よ う に地震が頻 繁に起こる よ う な状況下で，
建 物の耐 震 安 全 性 を 確 保 する ことは， 極 めて重要 な 問 題 で あ り，特に鋼 構 造 物で は十 分な変 形 能 力 を要 求さ れ る。
鋼 構 造 物の変 形 能 力 を制 約 する破 壊 形 態に は，
座 屈 な ど の不 安 定 現 象や塑 性 変 形 を 伴わ な い接 合 部の早 期 破 壊な どが考え られ る。
し たがっ て， 鋼 構 造の変 形 能 力は， 部 材お よび 接 合 部の塑 性 変 形 能 力によ り決 定す ると 考え ら れ る。
ま れ に起こ る よ う な大 地 震に よ る地震力が鋼 構 造 物に作用 し た場合，
構 造物の一
部に塑 性変形を生じさ せ るこ と に よ り地震エ ネルギー
を吸収す ること は，
耐震設 計 上 き わ めて重要な 意 義 を もっ ている。
近年に発生し た大 規 模 地 震と して，新 潟 地 震 （1964 ＞文 ］） ， 十 勝 沖 地 震 （1968）文2，，
1978年 宮 城 県 沖 地 震文3〕 が あ げ ら れ る。
こ れ ら の地 震に よっ て鋼 構 造 物の受け た被 害は，
軸 組 筋か い構 造 物に多く生じ て おり，
特に筋か い に関す る破 壊が注 目 され た。 破 壊 し た筋かい は，
「夕一
ン パ ッ クル付き丸 鋼筋かい」と 「小断面 単一
山 形 鋼筋かい」に 集 中していた。
こ S に山 形 鋼 筋 かい の被 害 状 況 を 分 類 し て列 挙す る と ○ 第1ボル ト （筋か い中央 部に近い方の第 1番 目のボ ル ト）部の縁 端 部 破 断 ○ 接 合 ボル ト （中 ボル ト）の せん断 破 壊 ○ 座屈 ○ 高 力ボル トの すべ り ○ガセ ッ トプレー
トの変 形・
破 損 等とな る。 な か で も，
低 層 建 物の筋か い に使 用さ れ て い る 山 形 鋼は，
小 断 面の 等辺 山形 鋼 〔L−
50×50×6，
L −65
×65
×6
＞を単一
で使用し た例が多く， し た がっ て， （脚注） 本論文の一
部は，
昭 和 61 年日本 建 築 学 会 大 会に おいて そ の概 要 を発 表し た。
寧 神 奈 川 大 学 教授・
工博 ＃ 日本 工 業 大 学 助 教授 1＃ 信州大学 助 教 授・
工博 ＃ li 信 州 大 学 大 学 院生 ｛昭 和62年ユ1月10日原稿 受理〕 被 害も多く発 生して い る。 筋かい被 害の多い体育館，
倉庫 等の低 層 建 物におい て，
筋 かいの断 面 設定 は，
通 常，
風 圧力に対 して行わ れてき た が， 現実に は地震力によっ て数 多くの筋かい破 壊を 生 じ ている。
これ らの被 害 を契 機 とし て，
鋼 構 造分 野では 筋かい の耐 震 性に関す る実 験 的 研 究が 広 く行わ れ，
研究 報 告 も多い。 森 田又4｝ら は，
比較 的大き な断 面 （L−
90×90
×7，
C −
100×50×5×7．
5）につ い て引 張 実 験 を行い， 筋かい 有 効 断 面 部の最 大 耐 力 が 接 合 ボル ト本 数 と重 大 な 関 連が あると指 摘し， また， 突 出 脚の有 効 断 面 と高 力 ボル ト本 数と の関 係を示し た。 さ ら に， 種々 の破 壊 因子を 追 求し た実ge
文 S）−
N7）か ら t ボル ト穴 縁 端 距 離，
接 合ボル ト部 継 手長さ （ボル ト本数と ボル トピッチより決ま る》と の関 連 を 示 し，
こ れ らの結 果を総 括 し た研 究 報 告IS）で は，
一
連の研究で得た資料を基に有効断 面 積の評 価 式を提 示 し，
筋かい端 部の最 大 耐 力に関す る結論を示し てい る。
難 波19］ らは， 地 震で破 断 し た筋か い端 部の複 雑な破 断性状に注目し， 静的引張で はある が破断性 状の再現 を 目指蕨
小 断 面 山 形 鋼につ いて実 験 を行い，
ボル ト本 数 の影響 を明ら かに し た。
山 形 鋼 筋かいの破断に関す る諸 因 子につ い ては，
前記の報告文S）で 明確に指 摘さ れ た が，
これ らの実 験ば全て静的載荷によ るもの で あ る。 実 際の 激 震 時には， 構 造 物に衝 撃 的な荷 重が作 用し， 筋か いは 高 速 度の引 張 荷 重を受け る場 合 も考えら れ る。 ま た，
基本 的な問 題と し て，
使用さ れ る形 鋼の素材の 力 学 的 特 性に及 ぼ すひずみ速度の影 響 につ いて も 十 分に 把 握する必要があ ろ う。
金 属 材料の高 速 引 張り に 関 す る 研究は，
国内 外で も多 く報告さ れている が，
そのほ と ん ど が金 属・
機械の分 野 に集 中して お り， 引 張 速 度も数 m／sか ら 100 m ／s をこ え る範 囲で あ り， 地 震 力が建 物に作 用す る速 度 とは大き な差が あ る。
翻 えっ て，
地 震 時に筋かい に作用 す る程 度 の引張速 度と鋼素 材の力学 的特性に関す る報告をみ ると 極めて少いの が現状で あ る。一
32
一
青 木
，
加 藤文’°｝ら は，
ひずみ速 度 を変化 させ て鋼の引 張 試 験を行い，
平 滑 材およ び変 断 面 材の変形能 力に関す る検 討 を行っ た・
。
鋼 材は，SS41 ，
SM
589 ，
HW
70
の 3鋼 種で，
引張 速 度は Vi＝
0．
Ol3mm ／s，Vs
＝ 10mm ／s，
Vs＝．
100’
m’
m／s の3段 階で ある。
実験結果か ら， 応力集 中 係 数の大 きい変 断 面 材や降 伏 比の高い高 張 力 鋼で は， ひずみ速 度の影 響は ほ と んど受けないが， 降 伏 比の低い 鋼 材， 例えばSS 41な どは逆に大き な影 響を受けて降 伏 点や降 伏 比は大きな上 昇を示して い る。 藤 本，
．
難波文111は，
引 張速 度を0，
001mm ／s，
10 mm ／s，
1 OOO mm ／s と して実 験して いる。 結 果は前 記の報 告 文lo｝ とほ ぼ同 様な結 果 を得て い るが，
特に ひずみ速度が 1〜
10／sの範 囲で降 伏 点は急上昇し ている。
数 多い報 告の中か ら速 度の比 較 的 低い例 を示した が実 験 結 果で共 通し ている性 状 とし て，
速 度の増大に伴い引張
強さ ば や S 上昇 する程度で｝t
降伏点， 降 伏 比は大 幅 な 上 昇 を 示す。
こ の よ うな速 度の変化が鋼 素材
に お1
よ ぽ す 影 響につ い て若 干の報 告はあるが，
さ らに多くの資 料の 集 積が望まれ る。
1
．
しかしな が ら，
山形 鋼 筋か い の ような複 雑な断 面 形 状 を有す る実大部材の接 合 部を1含め た高 速 引 張りに関す る 報告は見当ら ない。本 実 験は
，
軸 組 筋 かい構 造 物に大 き な 地震力 が作用 す る 場合を想定し て， 実大山 形 鋼 筋かい の高 速 引 張 実 験を 行う。
使 用 筋かい には，
過 去の大 規模地 震におい て被 害 例が多く，
静 的載 荷に よ る実験 例も あ り，
ま た，
現 行の 設 計式で検 討し た保 有 耐 力 接 合 条 件を わずか に 上回る山 形鋼 （L −
65×65×6 ＞を選定し た。 なお，
そ の他の断 面 につ い ても継 続 して実 験を行う予 定で あ る。 さらに，
ひずみ速 度の変 化が素 材の引 張 特 性におよぼ す影 響を把 握し，
そ の材 料 特 性が実 大 高速実 験に い か な る 影響
を お よ ぼ す か を検討 す る。
ま た， 比 較の基 準と し て静 的 載 荷 実 験も行い
／
） 山形鋼 筋Pl
いの塑 性 変形
に対す る引 張 速 度 依存性につ い て の基 礎 的 資 料を提 示する ことを目的と し，
さ らに，
こ れ らの 結 果 を基に筋か い の 保 有 耐 力 接 合につ い ても 考 察 を 行 う。・
・
2．
ひずみ速 度 を変 化 させ た素 耕 引 張 試 験2
．
1試 験 片お よび試 験 方 法
冖 ．H
試 験 片は， 実 大 実 験の筋かい に使 用す る等辺山 形 鋼 （
L −
65×65×6），，
SS
41材よ り材 軸 方 向に供 試 体を採 取し所定
の形状 および寸 法に仕上げた。 供試材は，
処女1
材 （以下SO
と記す）の ほ かに，
1
地 震 力 や 風 圧 力の よ う な外 乱 を 受け て，
．
破断に は至らていないが大ぎ な塑 性 変 形の履 歴 を 有し た筋かいを 想 定し て 予 ひずみ材と し た。
ひずみ量は，
接合ボル ト穴 近 傍に生じる大き な ひずみ を 予 測 し て 引 張ひずみ約 3％ とし た 。 な おU ・
予ひずみ導 入の 方 法は，
全 長5m の 山 形 鋼の 両 端を高 力ボル トM 16・
3本で接 合 し た が，．
接 合 部 破 断 を避ける た め接合部 に補強板を溶接し た。 載荷は油圧 ジャ ッキ を使用 し，．
ひ ずみ量は軸 部に ちょ・
う付し た ひずみゲー
ジ で3
％ に達 し た後， 直ちに除 荷 し試 験 体 （筋か い 〉全 長 3，
81m に 両 端を 切断し た。 さ らに，
最 初の地 震 力 を受け て筋かいが塑 性変形を生 じ た後，
ある程 度の期間 を おいて再 び大き な 地震 力を受 け る場 合を想 定し て， 3％予ひ ずみ 材を100℃ の熱 湯 で 5時 間 （対 応 期 間 ：約 21℃，
6ヶ 月〉の時効 処理 を 施し た。 時 効 処 理は，
材 長の関係か ら 両端 部 （縁 端 よ り 約 60cm ）につ い て行っ た。
こ s に， 前者を予ひずみ材 （以 下S3
），
後 者を・
時 効 処 理材 （以 下 SA3 ）と す る。 table−
1に素 材の化 学 成 分と機 械 的 性 質を示す。 試 験 片の形 状・
寸 法は，Fig．
−1
に示 す 通り で あ る。 引 張 載 荷には，
油 圧サー
ボ高速 引張試験機 （容 量：35
tf，
最 大 変 位 速 度 ：20m ／s）を 用い た。試験 機の変位 速 度 （γ） は，静 的 速 度をVl ＝
O．
001cm ／s と し，順 次，
V2 ＝
o．
1，V．
3・
1．
0，V4 ＝
10，．
15 ＝100
cm ／sの5
段 階に設定し た。
荷 重 検 出は，
加 力 治具に設置 され たロー
ドセル に よっ た。 ひずみ は，
Fig．
−
1に示す位置に ひずみゲー
ジ を ちょ う付 して測 定し，
変 位は，
標 点 間 距 離 を50mm とし，
試験片 平行 部に加工1
し た突 起 部に光 学的変 位 測 定 装 置 を 設 置 して記 録 し た。
高速引 張り の各 測 定 記 録は， デ ジ タ ル オ シロ ス コー
プに全て収 録した。 な お，
破 断 伸びにつ いて は，
破 断後に 2 標点 間の変位量 を測 定し て求め た。
2，
2
試験 結 果と考 察 基 本 的なSO
材にっ い て，
Fig．
−
2に荷 重 （P
）一
変 位 （δ） 関係を，Fig．
−
3に は応 力 度．
（ s）一
ひずみ （e）関係を示 す。 図より，
変 位 速 度の増 大に伴い， 降 伏 点， 引 張 強さ は 上昇 し，
特に上 降 伏 点の上 昇 が顕 著であることは，
前 記の報 告文9）・
「tle）と 同 様な傾 向を示 し ている。
Table l Chemical cQmpqsitio 陛and mechanical properties of
materials u
コ
1恥 鄲
【
LI（鋤 耽 Ili
心
11Pru鴎
「
嚠
．
i価 C Si鬥
「
1P
蕊
Syh Syl 椥 旺L Xio’
‘
x1『1 ノ單
‘
瓢 船’
＆1 瓢 」 ［315 訓 路 ；珊「
掲．
3 穐．
11 へ巳．
o．
賠、
3 月6．
z 凋5．
451 』 57．
156．
7ZB．
o ［6．
o．
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一
187 i7−
89UfiE Syh：リ陣
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35 ・ト
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1
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．
22．
？
・i
ト
；
ト蓉
。
、2一
瞬
藁
．
黒
・ 亠Fig
．
1 Test specimen configurationrn
、
窩 1一
．
占 里一
…
二n
，
可0
Table−
2は，
実 験結果の一
覧を 示 し たもの で，
V
l
（0．
001cm ／s）と V5 （100
cm ／s）との結 果 を比 較して み ると， 上 降 伏 点 （Syh
。）で48
％， 下 降 伏 点 （Sg
の で 20％，
引 張 強さ （Su
。）で 14％ の上 昇 率と な る。
な お，
表 中のee，
壱．は ひずみ速 度 を表し，
be
は弾性域 で の ひずみ速 度を，bp
は， ひずみ硬 化 開 始 後の平 均 的 なひずみ速度を示してい る。 ひずみ速 度の算出は， 試 験P
（tf
） 片にちょ う付し たひずみゲー
ジの ひずみの時 刻 歴 より求 め た。
弾性域と塑 性 域と では ひずみ速 度が異なるが，
上 降伏比 （Yh
。）， 下 降 伏 比 （yh
）は同一
の試 験 片か ら得 られ た結果を便 宜 上 示し た。Fig．
−
4に，
ひずみ速 度と上降 伏点，
引張強さの関係 を示 す。S
（kgtlmm2
）
4
3
2
1
一
∠
・…i
彡
要一
丶
」 熱 ＼葬
捕
．
嘱｛’
■
（U
O
6
4
20
tt
’
”9
・0
4
8
12
16
δ
（mm ）Fig
．
2 Load−
displacement relations of steel0
5
10
15
20
25
e
（°1
。）
Fig．
3 Stress・
strain curves of s亡ee 丑mm2 ）
｛
oo yh（ 60 50 40 30 o ∂ oo o lO−
5104 10「
s ユ0−
110齟
L 100合
c15
） u（ flmm2） 6560
55 50亀
◎ ● ■ ●・ 10
’
51 σ410 ’ 10−
21 σ馳
1Q° 101 （・） 白 （1’5）Fig
．
4
Dependence of strain rate orL upper yield point stress，
ultimate stress Table 2 Test results of materialsSyhtSyho
．
SulSUo 15 1．
0 05 OQ‘ σ●一
！
’
’
9’
！
，
（ガ！
亀，
メレ’
．＿
●一
● o！
o 5 0 5 o−
Sh向 h。
●−
sり
’Su。
1σ510』
410’
51 σ〜10一
卩10° 」 げ e （ils）Fig
．
5 Relationships between O andSyh／Syho
，
s．
／s．
。
“
Syh
。靭
1
。e
＄tSu
。5u
。 δf
。 ΦYh
。Yl
。■
ee
ep
●
！ 2kg ／om2 男 kg／ 2 拓 男 瓢 Syh／SuSyL 〆
Su1
〆s1
／sPBV553
．
743。
73
．
5658
．
221
。
531
．
958．
6O
．
9240。
7502．
6 10 PBV445．
043．
63．
0455．
120．
531．
356
．
9O
．
8170
．
792
止．
lXlO『
11．
4
PBV341
．
139。
92．
7054。
019
．
329．
759
，
9O
．
7610
．
7381 。
8
×10−
z．
1．
4
×10噛
1PBV239
．
638
．
O2
．
1953
．
319
．
027
。
958，
80
。
7430．
712UXIO一
ヨ 1。
2XlO’
呂PBV136
．
336．
32．
4051．
019．
428．
057．
7O．
7H0．
7119 ．
5XlO雨 9．
OX10’
5SytUSyi
；Upper
andlower
yield pQint str’
ess臼st ：Straitl at strain hurdening Point
SUg
：Ulti
叮旧te stress5
帖，
54 ：Eユ。ngaしi・n at ultimate and fracture 1。odφ ：
Reduction
of areaYh，YUYield ratio at Syh and Syl
軛
：
Strain
rateunder yielding
load
部
：Strain
rate
under
ultimate
l
（》adFig．
−
5に は，
Vl
からv5
の 上 降 伏点， 引 張 強さを 静 的 速 度 Vl の上 降 伏 点’
（Syh
。），
引 張 強さ （Su
。）の 値で除 し て無 次 元 化し て， ひずみ速度 （ee，
乙ρ〉との 関 係 を示 し た。
図 中の曲 線は，
最 小二乗法に よ り曲線近 似し た もので次 式を得た。
蹴
一
… ＋…15771・91
・e
・＋ ・…．
・・7（1・9
・ け…・
………一 …………一 …
（1）藷
一
1・
・8＋ ・…42・・911
蜘 ・・529幅
・げ……・
・
…………・
……・
…・
…
（2） た だし，
上式の適用 範 囲は次の と お りであ る。
lo
−
5 ≦ 壱e≦2．
6，
10
−
． ≦ 壱ρ≦10
（1
／s＞ な お，
これ以下の ひずみ速度で は，
（1
），
（2 ）式で 与えられ る降 伏 点，
引 張強 さの上 昇 率 は LO とみなせ る。
これ らの式は，
本 実 験で得た少い デー
タ よ り求め た も の で ある。
今 後さらに多くの デー
タ が集積さ れて いけば，
鋼素材の降 伏 点， 引張 強さの値か ら，
各ひず み 速度で の 降伏 点， 引 張 強さの近 似 値 を求め ること がで き るであ ろ う。
3．
山形 鋼 筋か い の高 速 引 張 実 験』 ’
3．
1 試 験 体および実 験 方 法 筋か い試験 体に は，
鋼 種SS
41の等辺 山 形鋼 （L −
65 ×65×6）を単一
で使 用し た。 接 合ボル トには2
種F10
T の 高 力ボル トを用い，
接 合ボル ト径およ び本数は，M20
を2 本 （2−M20
），
M16
を3
本 （3−M16
），M1
β を5本 （5−
M 16＞の 3種類 と した。
5−M16
の接合
部は， 接合部 破 断 耐 力が筋かい軸 部 降 伏耐力を上 回る と す る保有耐力接合の条 件 を満た し．
て い る。2−
M20，3・
M16
の接 合 は 上 記の条 件を満た して い ないが，
比 較の た め計 画し た。 ガ セッ トプレー
トに は， 板 厚9mm の鋼 板を用い，
表面をショ ッ トブラ ス トで仕 上げた。
な お，
摩 擦 接 合ボル トの軸 力導入 は，
トル ク法 によっ た。 Fig，
−
6に，
各試 験 体の 形状お よ び寸 法 を示す。
接 合 ボル トの穴の位 置は，
「鋼構 造設計 規 準」の標 準ピッチ と形鋼 ゲー
ジ距 離に よ り定め， 材 端の は しあ き距 離はす べ て公 称 ボル ト径の 4倍 以 上と なっ て い る。 載 荷は，
神 奈 川 大 学 建 築 学 科に設 置さ れ て い る構 造物 用 動 的 試 験 装 置 （動 的 最 大 荷 重 ：±75 tf，
ス トロー
ク ： ±．
150mm，
最 大 速 度 ：25 cm ／s）を使 用して，
Fig．−7
お よ び Photo−
1
に示すような実構 造物の筋か い付き架 構 をモデル化し た載 荷フ レー
ム の柱 中 間 部に水 平 力を加 えて，
加 力 装i
の ア クチュ エ イ ター
の変 位 速 度に対し，
柱 頭 部の層 間変 位 速 度 を増 大させ る こと とし た。
また載 荷フ レー
ム の柱・
は り断 面 を大 型 化 して再 使 用を可 能と す る とともに，
高 速 載 荷 時の フ レー
ム 振 動 ノイ ズ が 筋か いの測 定デー
タ におぽす影 響を極力 避 け る よ うに計画 し 4s！ （ ） olo t鬥z7060日
の
ト
⇔
卜
0
卜
頃
卜
匹一
9．
陶670 ：145昌 70tqs・
一
翩
論
、，b
）
3
−M16
5TZ 一 鮒”
4F 而0 岡27060 Ft−
t−
tH−
t− −
trtH IIJIjH （iけ i（） i（）ぴコげl一
c
）
5
−
M16
Fig
．
6 Test specimen configuration日
岶
h白
hO
卜
n
卜
既一
9i
目
Vl，
−
9Fig
．
7 Loadi！1g systernた。 高 速 載 荷 速 度は
，
ア クチュ エ イター
の最 高 変 位速度 25cm ／s とし， 静 的 載 荷 速 度は 0．
015 cm ／s に設 定し た。 荷 重 検 出は，
ア ク チュ エ イター
先 端に設 置さ れ ている ロー
ドセ ル により，
ひずみは，
筋かい接合ボル ト穴 近傍，
突 出 脚，軸 部 中 央に ひずみゲー
ジ を ちょう付して測 定し，
変 位は，
試 験 体 両 側に差 動 トラン ス型 長 ス トロー
ク変位 計を設 置 し て測定した。
な お，
高 速 載 荷の 場 合には，
各 測定量 を動ひずみ計を介し て デー
タレコー
ダに収録して お き， 後にA
／D
変換を行っ た。
3．
2 実 験 結 果と考 察 静 的 引 張の 実 験 結 果をTable−3
に，
高 速 引 張りの結 果 をTable−
4に示 し た。
表 中の Nmax は，
筋かい に作 用 す る最 大 軸 方 向 荷 重を示 し，
δm。。 は，
筋か い の最 大 荷 重 時の変 位 量 を示 して いる。 また，
slip−
loadは，
山形 鋼 （筋かい材 ）と ガセ ッ トプレー
トの摩擦接 合 すべ り荷 重を示 し て い る。
Table−
4の V は， 筋か い の剛 性 低 下 後の軸 方 向 引 張 速 度を示 す。 破 断 形 式は，
Fig．
−
8に示 す よ うなA，B ，
C
の3
形 式に分 類さ れ る。
筋かい破 面につ いて は，
試験 体 記 号 2M20−
HT−SA
3−
1の突 出 脚の一
部にぜい 性 破 面が み ら れ た他は，
すべTable 4 Experimental resu 亘ts o ｛dynamic loaded specimens
Table 3 Experimental results of static loaded specimens
蹄eci 版斟 5 Nf 略fFractureSlipbad t ton ty陀 t 跏2←LT
一
艶 119．
627．
6L3lO5．
0 駐 12．
5 2閹2←LT−
S〔ト2 且9．
232．
4o．
9110．
2BlO。
7 跚2卜L卜 課ト120．
627．
置 1．
196．
76lO．
6 跏2臣Lτ一
S3−
220，
227．
10．
8100．
7B9。
9 囲2トしr−
S乱3−
1 以｝．
324．
6Lo32．
26lo．
8 別2卜LT−
S鳥3−
2 烈〕．
729．
2o．
696，
4B14 」 3鬧1卜LT一
飢ト124．
739．
617『
z64．
3C12。
8 3凹1卜LT−
S［ト223．
435．
5L4．
558．
7C13．
4 訓1卜LT一
圃ト124。
626．
4L9．
928．
9A12，
6 3剛6・
LT−
S3−
223．
525．
8ig．
隻 28．
9A 且5．
3 訓16一
冨一
S一
124．
828．
920，
632．
9A14。
4 訓1魯し丁一
sム3−
2 』．
724，
719．
232．
oA14．
2 5凹16−
LT一
説卜126．
2lo8，
826．
2108．
8A25．
1 5剛 卜LT一
飢ト226．
olo3，
92L4110．
5 乱 L9．
2 5嗣 庁LT一
險 128．
320．
62B．
320．
6 《 23．
4 脳1をLτ一
Sム3−
1 盛｝．
423．
829．
4 お．
9 ム 19．
5 00U ム可
N 302010 0 DOU ム刀
N 30 20 ］0Nmax：闖aximum axial load of bracings
Nf ：Fracture laad
Slir⊥oad ：Slirload bo⊥ted jひiRts 6max：Elopgeしion at maxiMUOI a：ieLload
Sf
：Elongaしion at fracture load一
2M20−
LT−
SO−
1−一
一
2M20−
HT−
SO−
2 夐Ω 憩 却ノ
广
、
〆
、
｝
一
P〔tf｝ N〔tO 4030 TVPEA陣
TYPEB 20 40 60 BO 100〔mm ，6 【」
幽
） 2岡ZOr．
一
）
一
2M20−
LT−
S3−
1−一
一
2M20−
HT−
S3−
2 夐P 強 蜀 プ’
’
F｛
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隔
、 v冖
L、
、、
、
」
0 0 20 2010 屯一
一
9−＿
9−一
TYPE c回
Fig
．
8 Type of fracture configuration一
3M16−
LT−
50−
1−一
一
3M16−
HT−
SO−
160，
、
！ ll 暫1
厂F
匸
一
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卿P
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0 20一
P〔ヒ「， N〔v ｝ 40 40 60 80 100：mm ）6 ｛b ）ヒ
鬥
’
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｝
一
s：
匸
302010 40 60 ζtt♪ ：1門
1ta齟
．
淑h＿
P⊂ul N⊂巳ゆ 40 80 100〔mm 〕O一
…
3M16−
LT−
S3−
2 3M16−
HT−
S3−
160靆
∠一
一
如 四’
1 〆
魑
一一
κ「
0 302010 o一
P〔±o N〔u ） 40 0 20 40 60 80 100しm川
〕6〔
d）
：
」
闇
1fi一
．
H／
輩
Fig
，
g LQad−
displacement匸elations3020 ユ0
一
Pt±f）’
→丶
一
5M16−
L↑−
SO−
1−一
一
5M16−
H丁一
SO−
1 弖Ω 丶 ’ 飼 「 些 四 〇 20 ム0 60 巳0 ］00〔m 而 6 〈tt
＞ 5鬥
L5『
M，
一
PCtO’
一一
5M16−
Lτ一
S3−
1−一
一
5M16−
H下一
S3−
2」
昼Q 广噛〆 1、 0｝
20｝
1 0 20 40 60 80 100〔mm レ6【
1．
冫刪
1曜
）
−
5／
5一 36 一
灘
蠶
｝
砺薫
飜
戳
叢
靉
靆
輔
灘
蠧
蠡
蠡 灘
∴
鑑
一
Fheto
2
Fractured angle bracingて延 性 破 面で あっ た。 これ は
本
試 験 体の よ う な板 厚の薄 い鋼 板 （板 厚’
6
mm ）で，
試験温度も室
温で あ e’
，
引 張 速 度 も本 実 験で行っ た 程度であ れ ば，
ぜい性 破 壊 を起こ すことは ほと ん ど ない と考え ら れ る。 試 験 体 破 断 状 況の 1例をPhoto−
2に示す。
Fig．
−
9に， 筋か い の軸 方 向 引 張 荷 重 （N ）一
変 位 量 （δ） の関 係 を示 す。
図 中， 実 線は静 的 引 張 り， 破 線は高 速 引 張りの結 果 を 表 す。 接 合ボル ト本 数が同 数の場 合のSO
（処 女 材 ）とS3
（予ひずみ で材 ）との結 果を （a）〜
（f
） に示し た。
なお， 同 図のP
は， 載 荷フ レー
ム の水 平 方 向 荷 重 を 示 す。 2−M
20では高 速 引 張りと静 的 引張 りで 大 差は な く， 大 体同 じ よ う な傾 向を示 して い る。
次に3−M16
のSO
は， 静 的 引張り比べ 高 速引張 り で は， 最 大 荷 重 時，
破 断 時と も変 位 量が低 下す る。
’
S3
で は，
両 者と も変位量 が小さ く 予．
ひずみ の影 響が 認 め ら れ る。
5−M16
の高速引張 り で は， 降伏 点，・
最大 荷 重， 特に最 大 荷 重の 上 昇が顕 著である が逆に変 位 量は著し く低 下し セいるe 同 じ く 「5−
Ml6 のS3
で は，
予ひずみ の影 響が 大 き く，
荷 重 上 昇 中に破 断 を生じ，
変位 量につ い て は，
高 速お よ び静 的 引 張りともに小さ く，
両 者の差は ほ と ん ど ない。・
・
Fig．
−
10に，
高 速 引 張り と静 的 引 張りの場 合の接 合 ボ ル ト部 と軸 部の ひずみ分 布の変化 を，
第 1ボル ト部の ひ E〔°
t。
｝ EC°
1。
〕 E（°
le） ］O ］0 10 8 6 4 2 8 E L 2 O O 「 111； 匡
互コ
；
・ δ ・ （r．
｝ sl「
「
■
聖
」
i【
二
IOt鹽
創
B 6 4 2 oi ↑一
ずみ量を基 準値と し，
ひ ずみ量
1％，
3・
％，
5％， ケ％ 時につい て SO 試 験 体を代 表させ て示し た。
（a）は
，
静 的 引 張り の場 合で，
保 有耐
力 接 合と し た 5−Ml6
の み が 軸 部降 伏 す る が，
他 め2−
M20，
3−
M16 では降 伏に至ら ない。
5−M16 で
の‘ 降伏 域の進 展 状 況 を みると，
最 初に第 1ボル ト部が降伏し，
その後，
第 2 ボル ト部およ び筋か い軸 部へ と進展 し，
最 終 的に・
は部 材 全 体に降 伏 域 が広が り大きな塑性 変形を生じ る．
こと と な る。 こ れ に対 し （b
）は高速引張り の場 合を示 すが，
5−M16
で も軸 部 降 伏は生じて いない。 1降 伏 域の進 展 状 況は，
第1
ボル ト部を中心 と し た極く狭い範 囲に局 部 降 伏の状態で，
瞬 時にボル ト穴縁端部 破 断を生じ軸 部 中 央 は弾 性 域の ま まで 終る。 こ の よ う．
に接 合 条 件が同じ で あっ て も，
引 張 速 度 に より降 伏の状 況が異な る ことか ら 筋か い端部の速度 依 存 性を確認し た。
L Fig．
−
11 に，
SO 試 験 体の最 大 軸 方 向 荷 重 Nmax．
とそ の時の変 位をプロ ッ・
ト．
し た図を示す。Nmax
は水 平 荷 重 を力学的に換算して求め た筋かい軸方向荷重である。
破 線 は，
素 材 試 験の結果 と 保有 耐力 設計の 突出 脚 無 効 長 さ に基づい て求め た筋かいの耐
力計算値を示す。5−M16
， 3−M16
で は実 験 値が計算値 を下 回 る傾向に あ る が，
山 形 鋼の偏心曲げの ほ か に構面内 曲げが作 用 し た と考え ら れ る。
変位 量につ いて は， 静的引張り の 場合，
接 合部拘 束力の違い，
す な わ ち接合ボル ト本数を増すこ とに ょり 大 き く な る が，
高 速引 張りの場合，
ボル ト本 数によ る差 異は ほ と ん ど な く，
k
）ずれ も軸 部 降 伏．
を生じて いない。 以 上の結果より考察すると ；山 形鋼筋か いが静 的引 張 り を受け る場 合，
ボル ト本 数を増 すことたより，
．
構 面 内 り Nm網 40 40一
一
一
」邑一
一
一
一
讐製 乙1腔L讐竺一
一
一
一
一
一
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一
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一
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・
N・
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Fig
．
11 Dependence of maximum bad Qn disp1acement atmaximum lodd
、
．
肥
6 4 2尼
陶 6 L 2 D 「 11
1 「°
”
コ 麈
コ
蕪
一
6 。 5 。 ・Fig
．
10 Strain distribution「
F
。tt
”・
L 2 0 lll 「．
δ 6 δ 6 δ一
一
心 曲 げに対 する拘 束 力を大き く し， かつ， 突出脚の無 効 高さの低 減で接 合 部の有効 断 面 積も増 加し
，
その結 果，
接合部破 断 耐 力 が 軸 部 降 伏 耐 力 を上 回り大 きな変形 能 力 を確 保す るこ と ができる。
高速引張りの場 合， 接 合 ボル ト本 数 を増し て も，
降伏 比の 上 昇に よ り， 降伏 域は第 1ボル ト部を中心 と し た極 く狭い範囲 と な り， 降 伏 域が軸 部 中 央まで進 展す る以 前 にボル ト接合 部での破 断 が 先 行 し， 大 きな変 形 能 力は期 待で き ない。
4．
地 震 時の軸 組 筋か い 4．
1 筋か い の保 有 耐 力 接 合につ い て軸組 筋かい は
，
耐 震 要 素と して も極めて重要な部材で あ り， 筋かい の塑 性 変 形 能 力の大 小が地 震エネル ギー
の 吸収 能 力 を 左 右する。大き な吸 収 能 力を有す る た めには， 筋か いの軸 部 全 体が降 伏する以前に接合部で破 断を起こ さ ないよ うに，
保 有 耐 力 接 合 設 計をする必 要が あ り，
公 称 断 面 積，
規 格 値に よ る次 式の現行設計法で確 認す る。
Aj
。・
σ。
。≧α・
Aポ F……一 ・
…・
…・
・
……・
…・
（3
）こ こ に，Aje ：接 合 部の有 効 断 面 積 （cm2 ） σ，、。：接 合 部の破 断 応 力 度 （
kgf
／cmZ ）Ag。：筋かい材の全 断 面積 （cm2 ）
F
：筋か い材の基 準 強 度 （kgf
／crn2＞ a ：1，
2
以上の よ う に （31
式では保 有 耐 力 接 合の設 計 式で あ る が実 際の耐力と断面積に基づく場 合につ い て示す と，
Kui
一謡
一瓷
・
t
・
・
………
tl− ………・
・
（・） 上式の KUt は，
保 有 耐 力 接 合の 状 況 を 判 断 する尺 度 と な る もので，
こ こ で は保 有 耐 力 接 合 判 断 係 数と する。 こ こに，K
。i ：保 有 耐 力 接 合 判 断 係 数An
：材か い の有 効 断 面 積 （cmZ ）Ag
：筋かい の実 断 面 積 （cmZ ） ay ：筋か い の降 伏 耐 力 （kgf
／crn2｝ au ：筋か い の最大 耐 力 （kgf
／cm2 ）y
：降 伏 比 （σノσ。
） （4 ）式でK
。iの値LO
以 上で あ れ ば保有耐 力 接 合と な るe こ こ で，
実 際 設 計の立 場で保有耐力接 合を検討 し てみ る。
鋼 種SS
41 とする と，
規格 値σ3＝ 2，
4 tf／cm2，
au＝ 4．
1 tf／cmZ と すれ ば，
降 伏tr
Y iO．
585 と な り筋かいL −
65×65×6，
接 合ボル ト5−
M 16と して，
（3
）式よ り α値を求め る。
こ こ で，A
． は公称 断 面 積，Aso
は保 有 耐 力 設 計の突 出 脚 無効 長 さに基づ いて求め る略 算 式によ る有効断面積であり， α値は， α＝ 1．
26 を得る。
ま た， 試 験 体と して用い た山 形 鋼 素 材 試 験 結 果 は，Y ＝0．711
と な り，Ag
は実 測 断 面 積，
An
は前 記の 保有 耐力設計 式で求め た有 効 断 面 積で，K 。
Lは一
38
一
KUi
＝ 1．
03 を得る。
こ れ を材料強度の ばらつ き と す る とKUt
／α＝0．817
と な り規 格 最 小値との差が相 当 大きい こと が 分 かる こ の ように， 鋼 材の規 格 最 小 値より求めた計 算で は， 軸 部 降 伏 を保 証 するに十 分 なα値 となって も，
実 際の 建 物に用い られ る鋼 材の降 伏 比が大き けれ ば， 筋か い の 保 有 耐 力 接 合の条 件 を満たすこと が難し く な る。
つ ぎに， 実 験 より得た筋か い の最 大 軸 方 向荷 重 （最 大 軸 方 向 力 ）Nma，
，
と使 用し た筋かいの実 断 面 積 ん お・
よ び （1 ）式よ り求めた降 伏 点Sy
を用い て算 出し た値をK
。iと す る と，
K
．tは次式と な る。Kui一
為
………・
一 ………一 ・
・
一
一
（・）こ こ に
，
Ae
、：使 用 山 形鋼の実断 面 積 （cm2 ）Sy
：素 材の 降 伏点Syh
。を 用い て （1｝式よ り求め た降伏 点 Syh （tf／cm2 ）22U
’
K
−1．
O
σ5
22 勵 も1．
O
0 ，
5
2K
τ1．
0
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SO
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12
＿
M20
3
＿
M16
5
−M16
（t’
：
》Table 5 ／Axial tensile rate
，
s廿ain rates of the braces Speci肥n Vi，
ec‘
em
c皿ノs 1〆s 1／s 5阻 卜LT−
SO−
1L62 ×10・
22。
Ox1 48．
2×10’
5 5阻 〔トLT−
90−
21．
93×10’
z2．
5XIO’
64．
4×1曜
5 5m〔卜LT−
S3−
r （2．
OXlo“） 3．
OXIO亳 2．
6 ×10円5阻 〔乢T
−
SA3−
1 （1．
5XIO冒
3） 3．
OXIO臨
52．
0×10−
“5
髄16−
HT−
SO呷
13191
13，
7×10？ 3，
3 5岡1卜HT−
SO−
231．
2 9．
63X 且0曽
z3。
0 5門1卜HT−
S3−
131．
2 9。
62×10’
己 4．
o 5卅 卜HT−
S3−
230，
3 8．
75×10瞳
z3．
6 5淵1←HT−
S鳥3−
132。
2 lo．
7×lo’
22．
65M
】6−
HT−
SA3−
2 〜9．
9
・
10．
1x10曽
z 生5
Vl
．
：Ter塵sile raしe of bracing under ultim 匠ヨte loadec
：Strain rate ｛】t thb brace b6dyem
：Strajn rate at the first bolt of brace endNmax ：実験による筋か い の最 大軸方 向 力 （tf） （
Nma
）c＝An・
σ u＞Fig．
−12
は， （5i
）式よ り求め たK
。tの値を ボル ト本 数で区
分して示した もの で ある。 図は，SO
；S3
，
SA3
に分 けて，
そ れ ぞ れ （a），
（b
＞，
（c）に示 した。 図 中の鎖 線は，
（5
）式 より求め た計算 値を示すが， 高 速 引 張りにつ い て は，
Table−
Sに示す 5−M
16の場合 の ひずみ速 度 bc，
砺 に対 応す る 亀，
Su
を （1），
（2 ） 式より求め だ値を用い て算 出し たも
の であ り，
静的 引張 り高 速 引 張り ともに計 算 値と実 験 値は近い値を示してい る。 な お，
Table−5
のVi
は 各試 験 体 （筋か い）の変 位 速 度 （cm ／s）で あり，
ee
は軸 部のひずみ速 度 （8−
t），
錦 は第 1ボル ト近傍 めひず み 速度で Nma、直 前の実 測 値を 示す。Elg
．
−12
（a）の5−
M16
では，
静 的 引 張りの場 合，
軸 部降 伏を生じ た が，
高連
引張 りの場 合，
Ku，値は 1．
0 を わずか に 上 回っ てい る が，
軸 部 中 央で の降 伏は 生 じな かっ た。 この ように，
同一断
面，
同 」 接 合 条件で も静 的 引張 り では軸 部 降 伏を生じ十 分 な 変 形 能 力を有し て も，
高速引 張りを受けると軸 部 降 伏せず変 形 能力
は低 下 し て uHる。 以 上の こと か ら，
K。2 が 1．
0をわずか に上 回る程 度で は，
ひずみ速 度の大きい場 合，
軸 部 降 伏 を保 証する こ．
とは難しい。 以上の結 果か ら，
単一
山 形 鋼 筋か い で は，
接 合ボル ト 本 数が 2〜
3 本で高速引張 りを受け る場 合は，
軸 部 降 伏 を期 待で き ない。
5本 ボル トの場 合で も，
降 伏 比の ば ら つ き や ひずみ速 度の影 響な ど を考え る と軸部降伏の保 証 は難 しい。
山形 鋼 を 引張 材 として使 用する場 合， 付 加 曲 げの影 響が大き く，
軸 部 降 伏 を確 実と する ために は， 余 裕の ある接 合 ボル ト本 数 を確 保 する と と も に， ボル ト穴 欠 損 部の補 強 を検 討する必 要が ある。 本研究で は， 引き続き接 合 部 補 強を施し た 山 形 鋼 筋 か いや溝 形 鋼 筋か い等につ い ても実 験を計 画し ているb 4．
2 地 震 力 を受ける骨 組の層 間変位速度軸組筋か い骨組が大き な 地震 力を受け る 時
，
筋か い軸 部お よ び接 合 部の ひずみ速 度が保 有耐 力接合に お よ ぼ す 影 響 を検 討す る。
地 震に よる建 物の応
答
解 析 例と して，
既往の報 告文 1°〕 にある数 値 を用い た。 解 析で は4 階
建 鉄 骨校舎 （ス パ ン 方 向 ：筋か い構 造，
桁 行 方 向 ： ラー
メ ン構造）の層 間相 対速度の最大 値は 40cm ／s とな1つて い る。 この値を参考 に骨組の層 間変位と筋かい の引 張 速 度との 関係を略算 的 に求め た。Fig．
−
13 （a）に示す本 実 験で用いた骨 組を 単 純 化して （b
）に示す よ うな骨 組に置 換し て，
．
筋 かい の引張 速 度V
，に対 し骨 組の 層 間 変 位 速 度V
。 と す る と 次 式 を 得 る。
・一
寧
・
・ 。・
……・
…・
・
一
・………・
…
（・〉 こ こ に，V。
：骨 組の層 間変 位 速 度 （cm ／s）‘ −
Vi
：筋かいの軸 方 向 引 張 速 度 （cm ／s）tt
‘：柱の スパ ン （cm ）h
：柱の高さ （cm ） い ま， 本実 験に用いた骨 組の条 件，1＝
400cm，
h
＝ 330．
8cm
と して （6
＞式丁”V
。を求あるどル「o
＝
1．
30y
匚・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（7） と なる。 Table
−’
5で，
高速 引張り での筋か い引 張 速 度の平 均 値 （Vi）は，
約31 cm ／sと な り，
（7）式で算 出すると，
V
。＝
40．
3cm
／s を得
る。
この値は， 既 往の応 答 解 析 結 果文1°｝ の 最大値と．
「
1 ほ ぼ一
致してい る。
ま た，
この時の筋か い軸 部の ひずみ速 度は bc＝
・
1．
0／s，
接 合 部の ボル ト穴 近 傍で の ひずみ速 度は 鉱＝
3，
5／』 と な り相 当大き なひずみ速度と な る。こ れ らの ひずみ 速度を用い て
山
形 鋼 筋か．
い の安
全 率を 検 討す る。 （be
），
（砿 ） を （1），
．
（2＞式に代入してSyh
／Syh
。，
SJS
。 ，の 値 を 求める と それ ぞれ13g
，
1．
10とな り，
速度に よる上 昇 率1ま，
上 降 伏 点で39 ％，
1o o−
一
一
’
．
o
白
吟
」
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−
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＿
」
‘
一
〕 〔十t
，Fig
．
13 Deformability of a braced frame引張 強 さで 10％ と なり
